冰盖下矩形河道的综合糙率

陈刚; 张玉蓉; 周密; 顾世祥

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

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冰盖下矩形河道的综合糙率

陈刚, 张玉蓉, 周密, 顾世祥

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陈刚, 张玉蓉, 周密, 顾世祥. 冰盖下矩形河道的综合糙率[J]. 水科学进展, 2016, 27(2): 290-298. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

引用本文:

陈刚, 张玉蓉, 周密, 顾世祥. 冰盖下矩形河道的综合糙率[J]. 水科学进展, 2016, 27(2): 290-298. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

CHEN Gang, ZHANG Yurong, ZHOU Mi, GU Shixiang. Composite roughness of rectangular ice-covered rivers[J]. Advances in Water Science, 2016, 27(2): 290-298. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

Citation:

CHEN Gang, ZHANG Yurong, ZHOU Mi, GU Shixiang. Composite roughness of rectangular ice-covered rivers[J]. Advances in Water Science, 2016, 27(2): 290-298. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

冰盖下矩形河道的综合糙率

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

陈刚^1,2,
张玉蓉²,
周密²,
顾世祥^2,

1.
河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210098;
2.
云南省水利水电勘测设计研究院, 云南昆明 650021

基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07102-006);云南省技术创新人才计划(2011CI092)

详细信息

作者简介:
陈刚(1984-),男,云南镇雄人,工程师,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学方面研究。E-mail:zxm_232000@163.com

通讯作者:
顾世祥,E-mail:gushxang@qq.com

中图分类号: TV133

Composite roughness of rectangular ice-covered rivers

1.
State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;
2.
Yunnan Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower, Kunming 650021, China

摘要: 综合糙率是采用曼宁公式确定河道水位和流量关系的关键参数。在河道冰封期,冰盖的出现增加了流动的阻力,明流条件下确定的综合糙率不再适用,需要重新估算。基于Einstein阻力划分过流断面的原理,冰盖下矩形河道的过水断面可划分为冰盖区、河床区和边壁区。根据总流的连续性方程,在确定各分区糙率系数、水力半径和断面面积的基础上,提出了冰盖下矩形河道综合糙率的计算公式。采用已有的试验水槽测量数据和天然河道实测资料对公式进行了验证,结果表明:公式计算的综合糙率与实测值吻合较好,与Einstein公式和Sabaneev公式相比,计算精度更高;对于冰封水流,宽浅河道采用分区水深代替水力半径进行简化计算的条件有别于明渠水流,在宽深比大于20时,计算结果才满足精度要求。
- 综合糙率 /
- 冰盖水流 /
- 双层假定 /
- 水力半径分割
Abstract: Composite roughness is a crucial parameter in determining the stage-discharge relationship using Manning's formula. Due to the increased resistance resulting from ice cover, a stage-discharge relationship developed in open water is not applicable to the ice-affected reason. This calls for the development of a new stage-discharge relationship. According to the Einstein hydraulic radius separation theory, the flow cross section of a rectangular ice-covered river may be divided into bed, ice and side-wall subsections. Based on the determination of hydraulic radius and sectional area of each flow subsection, this paper presents an analytical solution of composite roughness for flows in rectangular ice-covered rivers. Comparisons of the calculated results with measured data from literature show that the proposed formula does well in predicting the composite roughness of rectangular ice-covered rivers. Compared with Einstein formula and Sabaneev formula, the proposed formula produces more accurate results. For wide ice-covered rivers, if width-depth ratio is greater than 20, hydraulic radius may be considered approximately equivalent to flow depth as a simplification of relatively high precision.
- composite roughness /
- ice-covered river /
- two-layer hypothesis /
- hydraulic radius separation

[1]	谭高文, 韩昌海, 韩康, 余凯文. 低弗劳德数水流二级消力池水力特性试验研究 . 水科学进展, 2020, 31(1): 71-80. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.01.008
[2]	孟鹤, 张宽地, 王静雯. 坡面薄层水流滚波水力参数影响因素 . 水科学进展, 2020, 31(1): 102-111. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.01.011
[3]	钟亮, 廖尚超, 张建梅, 孙建云, 倪志辉. 散粒粗糙床面的当量糙率尺度特征 . 水科学进展, 2018, 29(6): 865-876. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.012
[4]	吴乔枫, 蔡奕, 刘曙光, 蔡万贤. 基于植被分布的河道糙率分区及率定方法 . 水科学进展, 2018, 29(6): 820-827. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.06.007
[5]	陈刚, 张玉蓉, 浦承松, 张天力, 顾世祥. 冰封河道综合糙率计算方法比较与分析 . 水科学进展, 2018, 29(5): 645-654. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.05.005
[6]	陈一帆, 程海洋, 万晓丽, 方华建. 结合糙率校正的河网水情数据同化 . 水科学进展, 2015, 26(5): 731-738. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.015
[7]	叶荣辉, 宋志尧, 吴小明, 张卓, 赵红军. 浅水方程模拟中确定糙率的回归系数法 . 水科学进展, 2013, 24(4): 574-580.
[8]	滕晖, 邓云, 黄奉斌, 脱友才. 水库静水结冰过程及冰盖热力变化的模拟试验研究 . 水科学进展, 2011, 22(5): 720-726.
[9]	茅泽育, 赵雪峰, 胡应均, 刘颖. 开河期冰盖横向冰缝形成机理 . 水科学进展, 2009, 20(4): 572-577.
[10]	茅泽育, 赵雪峰, 王爱民, 张磊. 开河期冰盖纵向冰缝形成机理 . 水科学进展, 2009, 20(3): 434-437.
[11]	王军, 郭力文, 赵慧敏, 李清刚. 冰盖下的输冰量计算分析 . 水科学进展, 2009, 20(2): 293-297.
[12]	赖锡军, 姜加虎, 黄群. 应用最优控制理论自动率定二维浅水方程的糙率参数 . 水科学进展, 2008, 19(3): 383-388.
[13]	潘成忠, 上官周平. 不同坡度草地含沙水流水力学特性及其拦沙机理 . 水科学进展, 2007, 18(4): 490-495.
[14]	张玮, 钟春欣, 应翰海. 草皮护坡水力糙率实验研究 . 水科学进展, 2007, 18(4): 483-489.
[15]	茅泽育, 罗昇, 赵升伟, 相鹏, 岳光溪. 冰盖下水流垂线流速分布规律研究 . 水科学进展, 2006, 17(2): 209-215.
[16]	刘建立, 徐绍辉, 刘慧, 郭飞. 确定田间土壤水力传导率的分形方法 . 水科学进展, 2003, 14(4): 464-470.
[17]	胡亚安, 张瑞凯. 三峡船闸底扩与顶扩体型水力特性综合研究 . 水科学进展, 1998, 9(2): 164-169.
[18]	梁川, 吴持恭. 空蚀初生的模糊综合评判 . 水科学进展, 1997, 8(4): 348-352.
[19]	胡四一, 王银堂, 谭维炎, 仲志余, 徐承隆, 胡维忠. 长江中游洞庭湖防洪系统水流模拟——Ⅱ．模型实现和率定检验 . 水科学进展, 1996, 7(4): 346-353.
[20]	惠遇甲, 胡春宏. 矩形明槽宽深比和边壁糙率对于流速分布和阻力影响的实验研究 . 水科学进展, 1991, 2(1): 22-31.

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冰盖下矩形河道的综合糙率

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210098;

2. 云南省水利水电勘测设计研究院, 云南昆明 650021

基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07102-006);云南省技术创新人才计划(2011CI092)

作者简介:
陈刚(1984-),男,云南镇雄人,工程师,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学方面研究。E-mail:zxm_232000@163.com

通讯作者: 顾世祥,E-mail:gushxang@qq.com

收稿日期: 2015-10-24
刊出日期: 2016-03-25

中图分类号: TV133

关键词:

摘要: 综合糙率是采用曼宁公式确定河道水位和流量关系的关键参数。在河道冰封期,冰盖的出现增加了流动的阻力,明流条件下确定的综合糙率不再适用,需要重新估算。基于Einstein阻力划分过流断面的原理,冰盖下矩形河道的过水断面可划分为冰盖区、河床区和边壁区。根据总流的连续性方程,在确定各分区糙率系数、水力半径和断面面积的基础上,提出了冰盖下矩形河道综合糙率的计算公式。采用已有的试验水槽测量数据和天然河道实测资料对公式进行了验证,结果表明:公式计算的综合糙率与实测值吻合较好,与Einstein公式和Sabaneev公式相比,计算精度更高;对于冰封水流,宽浅河道采用分区水深代替水力半径进行简化计算的条件有别于明渠水流,在宽深比大于20时,计算结果才满足精度要求。

English Abstract

Composite roughness of rectangular ice-covered rivers

1. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;

2. Yunnan Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower, Kunming 650021, China

Received Date: 2015-10-24
Publish Date: 2016-03-25

Keywords:

Abstract: Composite roughness is a crucial parameter in determining the stage-discharge relationship using Manning's formula. Due to the increased resistance resulting from ice cover, a stage-discharge relationship developed in open water is not applicable to the ice-affected reason. This calls for the development of a new stage-discharge relationship. According to the Einstein hydraulic radius separation theory, the flow cross section of a rectangular ice-covered river may be divided into bed, ice and side-wall subsections. Based on the determination of hydraulic radius and sectional area of each flow subsection, this paper presents an analytical solution of composite roughness for flows in rectangular ice-covered rivers. Comparisons of the calculated results with measured data from literature show that the proposed formula does well in predicting the composite roughness of rectangular ice-covered rivers. Compared with Einstein formula and Sabaneev formula, the proposed formula produces more accurate results. For wide ice-covered rivers, if width-depth ratio is greater than 20, hydraulic radius may be considered approximately equivalent to flow depth as a simplification of relatively high precision.

陈刚, 张玉蓉, 周密, 顾世祥. 冰盖下矩形河道的综合糙率[J]. 水科学进展, 2016, 27(2): 290-298. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

引用本文:

陈刚, 张玉蓉, 周密, 顾世祥. 冰盖下矩形河道的综合糙率[J]. 水科学进展, 2016, 27(2): 290-298. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

CHEN Gang, ZHANG Yurong, ZHOU Mi, GU Shixiang. Composite roughness of rectangular ice-covered rivers[J]. Advances in Water Science, 2016, 27(2): 290-298. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

Citation:

CHEN Gang, ZHANG Yurong, ZHOU Mi, GU Shixiang. Composite roughness of rectangular ice-covered rivers[J]. Advances in Water Science, 2016, 27(2): 290-298. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

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doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

作者简介: 陈刚(1984-),男,云南镇雄人,工程师,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学方面研究。E-mail:zxm_232000@163.com

通讯作者: 顾世祥,E-mail:gushxang@qq.com

Composite roughness of rectangular ice-covered rivers

计量

出版历程

冰盖下矩形河道的综合糙率

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.02.014

1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210098; 2. 云南省水利水电勘测设计研究院, 云南昆明 650021

作者简介: 陈刚(1984-),男,云南镇雄人,工程师,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学方面研究。E-mail:zxm_232000@163.com

通讯作者: 顾世祥,E-mail:gushxang@qq.com

English Abstract

Composite roughness of rectangular ice-covered rivers

1. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Yunnan Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower, Kunming 650021, China

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作者简介:
陈刚(1984-),男,云南镇雄人,工程师,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学方面研究。E-mail:zxm_232000@163.com

通讯作者:
顾世祥,E-mail:gushxang@qq.com

1. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室, 江苏南京 210098;

2. 云南省水利水电勘测设计研究院, 云南昆明 650021

作者简介:
陈刚(1984-),男,云南镇雄人,工程师,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学方面研究。E-mail:zxm_232000@163.com

1. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China;

2. Yunnan Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower, Kunming 650021, China